DE102006027682B3 - Integrated circuit arrangement and method for operating an integrated circuit arrangement - Google Patents
Integrated circuit arrangement and method for operating an integrated circuit arrangement Download PDFInfo
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Abstract
Eine integrierte Schaltungsanordnung umfasst eine Testleitung (2) und einen Testsignalgenerator (1), der an die Testleitung (2) gekoppelt ist und ausgebildet ist, ein Testsignal (S) auf die Testleitung (2) zu geben. Des Weiteren ist eine Vergleichseinheit (3) mit einem Eingang zum Anlegen eines Taktsignals (T) vorgesehen, die an die Testleitung (2) gekoppelt ist und ausgebildet ist, eine Laufzeit (L) des Testsignals (S) über die Testleitung (2) zu detektieren und zu überprüfen, ob das Taktsignal (T) und die Laufzeit (L) in einem vorgegebenen Zusammenhang stehen.An integrated circuit arrangement comprises a test line (2) and a test signal generator (1), which is coupled to the test line (2) and is designed to give a test signal (S) to the test line (2). Furthermore, a comparison unit (3) with an input for applying a clock signal (T) is provided, which is coupled to the test line (2) and is designed to supply a transit time (L) of the test signal (S) via the test line (2) detect and check whether the clock signal (T) and the transit time (L) are in a predetermined relationship.
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung, um die Frequenz eines Taktsignals zu überprüfen, und ein Verfahren zum Betreiben solch einer Schaltungsanordnung.The The invention relates to an integrated circuit arrangement to the Frequency of a clock signal to check, and a method of operating such a circuit arrangement.
Bei Mikrocontrollern für sicherheitsrelevante Anwendungen ist häufig eine schaltungsinterne Taktsignalgenerierung vorgesehen. Alternativ dazu kann zum Betreiben des entsprechenden Chips auch ein externes Taktsignal an dafür vorgesehene Schnittstellen angelegt werden. Ein externes Taktsignal wird beispielsweise auch zur Kommunikation mit dem Chip verwendet.at Microcontrollers for Safety-relevant applications are often an internal circuit Clock signal generation provided. Alternatively, to operate the corresponding chip also has an external clock signal to it Interfaces are created. An external clock signal becomes, for example also used for communication with the chip.
Vorteil der internen Taktsignalgenerierung ist, dass diese den Betrieb des Chips bei hohen Frequenzen ermöglicht, auch wenn die extern, beispielsweise zur Kommunikation, angelegte Taktfrequenz niedriger ist.advantage The internal clock signal generation is that this operation of the Allows chips at high frequencies, even if the externally, for example, for communication, created Clock frequency is lower.
Des Weiteren schützt die interne Taktsignalgenerierung vor einem Angriff. Einerseits ist bei einer Schaltungsanordnung mit einer internen Taktsignalgenerierung die Synchronisation von angelegten Signalen zum Zwecke des Angriffs schwierig. Andererseits ist es nicht ohne weiteres möglich, den internen Takt im Rahmen des Angriffs zu verringern.Of Further protects the internal clock signal generation before an attack. On the one hand is in a circuit arrangement with an internal clock signal generation the synchronization of applied signals for the purpose of attack difficult. On the other hand, it is not readily possible, the reduce internal clock in the context of the attack.
Nachteil solch einer Schaltungsanordnung mit interner Taktsignalgenerierung ist die Schwierigkeit, die Taktfrequenz des internen Taktsignals zu testen.disadvantage such a circuit arrangement with internal clock signal generation is the difficulty of the clock frequency of the internal clock signal to test.
Bisher wird die Taktfrequenz durch einen Vergleich mittels zweier Frequenzsensoren detektiert. Der eine Frequenzsensor detektiert hinsichtlich einer unteren Grenzfrequenz und der andere Frequenzsensor detektiert hinsichtlich einer oberen Grenzfrequenz. Nachteil dieser Anordnung ist, dass beide Frequenzsensoren das Ziel eines Angriffs sein können. Weiterer Nachteil ist, dass mit den Frequenzsensoren auch eine entsprechend höhere Stromaufnahme der Schaltung einhergeht.So far the clock frequency is compared by means of two frequency sensors detected. The one frequency sensor detects with respect to lower limit frequency and the other frequency sensor detected in terms an upper limit frequency. Disadvantage of this arrangement is that both Frequency sensors can be the target of an attack. Another disadvantage is that with the frequency sensors also a correspondingly higher power consumption the circuit goes along.
Ein anderer Ansatz, den internen Takt zu überprüfen, umfasst, diesen mit einem externen Takt zu vergleichen. Hierfür ist ein Register vorgesehen. Solch eine Anordnung schützt aber nicht gegen einen Angriff, bei dem die Frequenz des externen Takts verringert wird, was einfach möglich ist. Denn dadurch wird auch die Frequenz des internen Takts verringert.One another approach to checking the internal clock involves this with a to compare external clock. For this purpose, a register is provided. Such protects an arrangement but not against an attack in which the frequency of the external Takts is reduced, which is easily possible. Because it will also reduces the frequency of the internal clock.
Aus
der
Aus
der
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum zuverlässigen Überprüfen einer Taktfrequenz bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Betreiben solch einer Schaltungsanordnung vorzusehen.It Object of the invention, a circuit arrangement for reliably checking a Clock frequency provide and a method for operating such to provide a circuit arrangement.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen.The solution The object is achieved by a circuit arrangement and a method according to the siblings Claims.
Die integrierte Schaltungsanordnung umfasst eine Testleitung und einen Testsignalgenerator, der an die Testleitung gekoppelt ist und ausgebildet ist, ein Testsignal auf die Testleitung zu geben. Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine Vergleichseinheit mit einem Eingang zum Anlegen eines Taktsignals, wobei die Vergleichseinheit an die Testleitung gekoppelt ist und ausgebildet ist, eine Laufzeit des Testsignals über die Testleitung zu detektieren und zu überprüfen, ob das Taktsignal und die Laufzeit in einem vorgegebenen Zusammenhang stehen. Die Vergleichseinheit detektiert, ob die Laufzeit des Signals über die Testleitung mindestens ein vorgegebenes erstes Vielfaches der Taktdauer des Taktsignals ist und maximal ein vorgegebenes zweites Vielfaches der Taktdauer des Taktsignals ist.The Integrated circuit arrangement comprises a test line and a Test signal generator which is coupled to the test line and is designed to give a test signal to the test lead. The circuit arrangement further comprises a comparison unit having an input for application a clock signal, wherein the comparison unit to the test line is coupled and is formed, a duration of the test signal on the Test line to detect and check if the clock signal and the term are in a given context. The comparison unit Detects whether the running time of the signal via the test line at least is a predetermined first multiple of the clock period of the clock signal and a maximum of a predetermined second multiple of the clock duration of the Clock signal is.
Dieser Vergleich hat den Vorteil, dass sich mit zunehmender Länge der Leitung der relative Fehler durch Fehlanpassung der Leitung oder Messfehler verringert.This Comparison has the advantage that with increasing length of the Conduction of relative errors due to line or mismatch Measurement error reduced.
Der vorgegebene Zusammenhang, beispielsweise eine Laufzeit, die das Signal über die Testleitung benötigen soll, wird durch ein Speichermittel oder über einen Eingang an der Vergleichseinheit bereitgestellt.Of the given context, for example, a duration that the Signal over need the test line is, is by a storage means or via an input to the comparison unit provided.
Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein Referenzsignal zum Vergleich mit dem Taktsignal in einem von der Taktsignalgenerierung unabhängigen Teil der Schaltungsanordnung generiert wird. Hierbei dient die Laufzeit des Testsignals über die Testleitung als Referenz.advantage This arrangement is that a reference signal for comparison with the clock signal in a part independent of the clock signal generation the circuit arrangement is generated. Here is the term of the test signal the test lead as reference.
Dieser Ansatz basiert auf der sehr stabilen und von der Funktion der Schaltung unabhängigen Laufzeit über die Testleitung. Die Laufzeit hängt von der Länge der Testleitung ab.This Approach is based on the very stable and on the function of the circuit independent term over the Test line. The duration depends of the length the test line.
Vorteilhafterweise umfasst die Vergleichseinheit einen Zähler, dessen Öffnungszeit von der Laufzeit des Signals gesteuert wird. Während der Öffnungszeit werden Takte des eingangseitig an der Vergleichseinheit anliegenden Taktsignals gezählt werden, d.h. während das Testsignal über die Testleitung läuft werden die Takte gezählt. Auf diese Weise ist ein einfacher Vergleich möglich, indem die Anzahl der gezählten Takte mit einem vorgegebenem Vergleichswert oder einem Vergleichswertebereich verglichen werden.Advantageously, the comparison unit comprises a counter whose opening time is controlled by the duration of the signal. During the opening time, clocks of the input side of the Counting unit adjacent clock signal to be counted, ie while the test signal is running on the test line, the clocks are counted. In this way, a simple comparison is possible by comparing the number of counted clocks with a predetermined comparison value or a comparison value range.
Die Testleitung kann hin und her verlaufend beziehungsweise mäanderförmig angeordnet werden, um die erforderlicher Länge der Testleitung auf einem begrenzten Raum anzuordnen.The Test line can be arranged running back and forth or meandering be to the required length to place the test lead on a limited space.
Vorteilhafterweise ist die Testleitung in einer oberen Schicht der integrierten Schaltungsanordnung angeordnet. Auf diese Weise bedeckt die Testleitung die darunter liegende restliche Schaltungsanordnung und verhindert visuelle Spähangriffe auf deren Funktionsweise. Diese Anordnung der Testleitung bildet ein Schild aus. Zum Ausspionieren der Schaltungsanordnung ist es in diesem Fall erforderlich, die Testleitung zu manipulieren, beispielsweise durch Überbrückung der Testleitung und Abtragen der überbrückten Bereiche. Eine damit einhergehende Veränderung der Laufzeit, wird durch Vergleich mit dem vorgegebenen Vergleichswert festgestellt und lässt auf einen Angriff schließen. Selbstverständlich werden auch Unterbrechungen der Testleitung, anhand des nicht mehr detektierbaren Testsignals, das auf die Testleitung gegeben worden ist, detektiert.advantageously, is the test line in an upper layer of the integrated circuit arranged. In this way, the test line covers the underneath lying residual circuitry and prevents visual Spähangriffe on their functioning. This arrangement of the test line forms a sign out. It is for spying on the circuit In this case, it is necessary to manipulate the test line, for example by bridging the test line Test lead and ablation of the bridged areas. An accompanying change the runtime, is compared with the given comparison value determined and lets to close an attack. Of course will also interrupt the test lead, based on the no more detectable test signal that has been put on the test lead is detected.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Testleitung als Teil eines aktiven Schildes ausgebildet. In diesem Fall kann nicht nur das Testsignal zur Bestimmung der Laufzeit über die Testleitung gegeben werden. Vielmehr werden, insbesondere während des Betriebs der Schaltungsanordnung, weitere Testsignale über die Testleitung gegeben und detektiert. Anhand eines Unterschieds zwischen dem aufgeprägten Signal und dem detektierten Signal lässt sich auf einen Angriff schließen. Geeignete Testsignale für solch eine Ausgestaltung sind beispielsweise Zufallsfolgen oder vorgegebene Bitmuster.In a particularly advantageous embodiment is the test line formed as part of an active shield. In this case can not just the test signal for determining the transit time over the Test lead to be given. Rather, especially during the Operation of the circuit arrangement, further test signals over the Test lead given and detected. Based on a difference between the imprinted Signal and the detected signal settles on an attack shut down. Suitable test signals for such an embodiment are, for example, random sequences or predetermined bit patterns.
Vorteilhafterweise ist die Vergleichseinheit derart an den Taktsignalgenerator gekoppelt, dass die Taktfrequenz auf eine Referenztaktfrequenz, die sich aus der Laufzeit ergibt, geregelt wird. Solch eine Regelung kann erfolgen, indem ein Steuersignal von der Vergleichseinheit bereitgestellt wird, das Informationen enthält, ob die momentane Taktfrequenz höher oder niedriger als die vorgegebene Referenztaktfrequenz ist.advantageously, the comparison unit is so coupled to the clock signal generator, that the clock frequency is based on a reference clock frequency maturity is regulated. Such a regulation can take place by providing a control signal from the comparison unit which contains information, whether the current clock frequency higher or lower than the predetermined reference clock frequency.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen der Taktfrequenz eines Taktsignals umfasst folgende Schritte:
- – Übertragen eines Testsignals über eine Testleitung,
- – Detektieren einer Laufzeit des Testsignals und
- – Überprüfen, ob das Taktsignal und die Laufzeit in einem vorgegebenen Zusammenhang stehen. Kennzeichnenderweise wird detektiert, ob die Laufzeit mindestens ein vorgegebenes erstes Vielfaches der Taktdauer des Taktsignals ist und maximal ein vorgegebenes zweites Vielfaches der Taktdauer des Taktsignals ist. Da beim Verfahren detektiert wird, ob die Taktdauer des Taktsignals ein Vielfaches der Laufzeit ist, können auch hohe Taktfrequenzen mit guter Genauigkeit geprüft werden.
- Transmitting a test signal via a test line,
- - Detecting a running time of the test signal and
- - Check whether the clock signal and the runtime are in a given context. Significantly, it is detected whether the delay is at least a predetermined first multiple of the clock duration of the clock signal and a maximum of a predetermined second multiple of the clock duration of the clock signal. Since the method detects whether the clock duration of the clock signal is a multiple of the delay, even high clock frequencies can be checked with good accuracy.
Vorteilhafte Schaltungsanordnungen ergeben sich aus den untergeordneten Patentansprüchen.advantageous Circuit arrangements result from the subordinate claims.
Auf einfache Weise lässt sich das Detektieren bewerkstelligen, indem die Anzahl der Takte während der Laufzeit gezählt werden.On easy way lets Detecting can be accomplished by the number of bars while the runtime counted become.
Anhand des Testsignals und seiner Laufzeit sind Rückschlüsse darüber möglich, ob die Testleitung hinsichtlich ihrer Länge manipuliert oder unterbrochen worden ist.Based the test signal and its duration are possible conclusions about whether the test line in terms of their length has been manipulated or interrupted.
Anhand der Laufzeit wird vorteilhafterweise die Taktfrequenz des Taktsignals gesteuert, da darin auch Informationen enthalten sind, ob die momentane Taktsignalfrequenz über- oder unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt.Based the delay advantageously becomes the clock frequency of the clock signal Controlled, since it also contains information, whether the current Clock signal frequency above or below the predetermined value is.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erklärt.following the invention with reference to the drawing based on embodiments explained.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
Testsignalgenerator
Je
länger
die Testleitung
Des
Weiteren ist in der Schaltungsanordnung in
Der
Taktsignalgenerator
Inwiefern die Taktfrequenz des Taktsignals T einer vorgegebenen Taktfrequenz entspricht, lässt sich durch einen Vergleich des Taktsignals T und der Laufzeit des Testsignals S ermitteln. Dieses wird im Folgenden erläutert.In what way the clock frequency of the clock signal T a predetermined clock frequency corresponds, can be by a comparison of the clock signal T and the transit time of the test signal Determine S This will be explained below.
Als
Signal S1 ist der zeitliche Verlauf des Testsignals S am Anfang
der Testleitung
Als
Signal S2 ist der zeitliche Verlauf des Testsignals S am Ende der
Testleitung, das von der Vergleichseinheit nach dem Durchlaufen
der Testleitung
Die
Vergleichseinrichtung
Zur Überprüfung sind
verschiedene Ansätze möglich. Beispielsweise
kann überprüft werden,
ob eine vorgegebene Anzahl von Pulsen des Taktsignals T innerhalb
der Laufzeit L bereitgestellt wird. Wenn Schwankungen der Taktfrequenz
toleriert werden, kann überprüft werden,
ob sich die Anzahl der Pulse innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.
Der vorgegebene Vergleichswert beziehungsweise der Vergleichswertebereich
ist in einem Register
Alternativ kann insbesondere bei geringeren Unterschieden zwischen der Pulsdauer und der Laufzeit ermittelt werden, ob ein vorgegebenes, beispielsweise ganzzahliges, Vielfaches der Pulsdauer innerhalb der Laufzeit ist. Dieses wäre beim Signal T1 der Fall, indem genau zwei Perioden D1 innerhalb der Laufzeit L sind.alternative especially with smaller differences between the pulse duration and the term are determined, whether a predetermined, for example integer, multiple of the pulse duration within the term is. This would be at the signal T1 the case by exactly two periods D1 within the term L are.
Beim Signal T2 ist die Periode D2 länger, sodass es nicht möglich ist, zwei Perioden D2 innerhalb der Laufzeit L zu detektieren.At the Signal T2 is the period D2 longer, so it's not possible is to detect two periods D2 within the term L.
Natürlich ist auch eine mittelbare Messung der Anzahl der Takte während der Laufzeit denkbar, indem abhängig von der Laufzeit ein Referenzsignal erzeugt wird, das beispielsweise einem Integrator zugeführt wird.of course is also an indirect measurement of the number of cycles during the Runtime conceivable by being dependent from the term a reference signal is generated, for example supplied to an integrator becomes.
Gleiche Bezugzeichen geben gleiche Anordnungsteile an. Zur Vermeidung von Wiederholungen erfolgt keine mehrfache Beschreibung übereinstimmender Anordnungen.Same Reference numerals indicate the same arrangement parts. To avoid Repetitions no duplicate description is consistent Arrangements.
Die
in
Um
einen Angriff auf die darunter liegenden Schaltungsbereiche
In solch einem Fall kann die Schaltungsanordnung ausgebildet sein, geeignete Gegenmaßnahmen, beispielsweise ein Neustarten oder das Durchführen geeigneter Abwehraktionen, z. B. Löschen von Registern, durchzuführen.In such a case, the circuit arrangement may be formed suitable countermeasures, for example, restarting or performing appropriate defensive actions, z. B. Delete from Registers, perform.
Neben
den weiteren Schaltungseinheiten
Natürlich ist
es auch denkbar, mittels der Testleitung
Das
Ausführungsbeispiel
der Vergleichseinrichtung
Das
Ergebnis des Laufzeitvergleichs kann auch dazu dienen, die Taktfrequenz
des vom Taktsignalgenerator
- 11
- TestsignalgeneratorTest signal generator
- 22
- Testleitungtest line
- 33
- Vergleichseinheitcomparing unit
- 44
- TaktsignalgeneratorClock signal generator
- 5, 65, 6
- Schaltungseinheitencircuit units
- 88th
- Signalgeneratorsignal generator
- 99
- Anschlussconnection
- 1010
- Registerregister
- 1111
- Zählercounter
- S, S1, S2S, S1, S2
- Signalsignal
- T, T1, T2T T1, T2
- Taktsignalclock signal
- LL
- Laufzeitrunning time
- P_S1P_S1
- TestleitungsanfangTest line beginning
- P_S2P_S2
- TestleitungsendeTest cable end
- D1, D2D1, D2
- Periodeperiod
- TT1, TT2TT1, TT2
- Pulsdauerpulse duration
- tt
- ZeitTime
Claims (14)
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